KR100920078B1 - 콘크리트 구조물 표면 보호 공법 및 콘크리트 구조물 - Google Patents

콘크리트 구조물 표면 보호 공법 및 콘크리트 구조물 Download PDF

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Abstract

내구성 및 심미성이 우수한 콘크리트 표면 보호 공법 및 상기 공법을 이용하여 얻은 콘크리트 구조물이 제공된다.
콘크리트

Description

콘크리트 구조물 표면 보호 공법 및 콘크리트 구조물{Method for protecting surface of a concreate structure and concreate structure}
콘크리트 구조물 표면 보호 공법 및 콘크리트 구조물이 제공된다. 보다 상세하게는, 콘크리트 구조물 표면에 규산염 수용액을 제공한 후 건조시켜, 콘크리트 구조물 표면의 콘크리트 입자들 사이에 규산염 결정을 채우는 단계를 포함하는 콘크리트 구조물 표면 보호 공법 및 표면의 콘크리트 입자들 사이에 규산염 결정이 채워진 콘크리트 구조물이 제공된다.
콘크리트는 시멘트가 물과 반응하여 굳어지는 수화반응을 이용하여 골재(骨材)를 시멘트풀(시멘트를 물로 개어 풀처럼 만든 것)으로 둘러싸서 다진 것으로서, 예를 들여, 자동차용 도로, 보행로, 주차시설, 교량, 중장비 전용 도로, 비행기 계류장, 활주 진입로, 화물 적재용 경사로 등과 같은 일상 생활과 밀접한 각종 편의 시설의 바닥 시공 재료로 널리 사용되고 있다.
상기 콘크리트 입자는 무정형의 형상을 가지며, 사이즈가 매우 다양하여, 콘크리트로 시공된 바닥면의 콘크리트 입자들 사이에는 공극이 필연적으로 존재하게 된다.
그러나, 상기 콘크리트 바닥면은 사용중 각종 대기 오염 물질, 강우, 강설, 자외선, 각종 오염물(예를 들면, 염화 칼슘, 소금, 해빙제의 염소 성분 등) 등과 같은 외부 환경에 대하여 노출되어 있으며, 이를 이용하는 다수의 이용자 또는 장비에 의하여 발생하는 크고 작은 충격에 대하여도 항상 노출되어 있다. 특히, 상기 콘크리트 입자들 간의 공극을 통하여 수분 및 각종 오염물이 침투할 경우, 콘크리트 바닥면의 균열, 깨짐, 파임 등과 같은 손상이 발생할 수 있다. 이는 콘크리트 바닥면의 내구성 저하의 원인이 될 수 있다. 일반적으로 콘크리트 구조물은 대면적의 도로, 건물 등에 응용되므로, 콘크리트 구조물의 내구성을 증가시켜야만, 콘크리트 구조물의 안정성 확보를 위한 유지보수 비용을 절감할 수 있다.
한편, 콘크리트 입자는 흑색, 흑회색 등과 같은 한정된 컬러를 갖고 있으며, 일반적으로 무광택이어서, 콘크리트 구조물 이용자의 심미성과 관련된 요구를 충분히 충족시키지 못하는 측면이 있어 왔다.
따라서, 콘크리트 바닥면의 내구성을 향상시킬 수 있고, 광택 및/또는 다양한 색감을 제공하여 도시 환경에 적합하도록 요구되는 심미성 또한 향상시킬 수 있는 공법 및 이로부터 얻은 콘크리트 구조물 또한 요구된다.
전술한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하고자, 본 발명은, 콘크리트 구조물의 표면 강화, 보강, 광택 증가 및/또는 색감 향상을 위한 콘크리트 구조물 표면 보호 공법 및 상기 공법으로 표면 보호된 콘크리트 구조물을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 한 측면은, 콘크리트 조성물을 지면에 타설하는 단계;
타설된 콘크리트 조성물을 건조시켜 콘크리트 구조물을 시공하는 단계;
3℃ 내지 35℃의 온도 범위에서, 상기 시공된 콘크리트 구조물의 표면에 메타규산나트륨, 오르토규산나트륨, 이규산나트륨, 메타규산칼슘, 오르토규산칼슘, 규산삼석회, 메타규산칼슘, 이규산수소칼륨, 규산리튬 및 규산마그네슘으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 규산염을 포함하고 상기 규산염의 농도가 30wt% 내지 60wt%인 규산염 수용액을 제공하여, 상기 콘크리트 구조물 표면의 콘크리트 입자들 사이에 상기 규산염 수용액이 침투되도록 하는 단계; 및
상기 콘크리트 입자들 사이에 침투한 상기 규산염 수용액을 20℃ 내지 30℃의 온도, 30% 내지 80%의 상대습도 및 30 분 내지 24시간의 건조 시간의 조건 하에서 건조시켜, 상기 콘크리트 구조물 표면의 콘크리트 입자들 사이에 메타규산나트륨, 오르토규산나트륨, 이규산나트륨, 메타규산칼슘, 오르토규산칼슘, 규산삼석회, 메타규산칼슘, 이규산수소칼륨, 규산리튬 및 규산마그네슘으로 이루어진 군으로부 터 선택된 하나 이상의 규산염의 결정을 채우는 단계;
를 포함하는 콘크리트 구조물 표면 보호 공법을 제공한다.
상기 콘크리트 구조물 표면 보호 공법은, 상기 콘크리트 조성물을 지면에 타설하는 단계와 상기 타설된 콘크리트 조성물을 건조시켜 콘크리트 구조물을 시공하는 단계 사이에, 상기 타설된 콘크리트 조성물 표면에 컬러 골재를 살포하여 콘크리트 구조물 표면이 착색되도록 하는 단계를 추가로 수행할 수 있다.
본 발명의 다른 측면은, 콘크리트 입자로 이루어진 제1층; 및
상기 제1층 상부에 형성되어 있고, 콘크리트 입자 및 규산염 결정을 포함하는 제2층으로서, 상기 규산염 결정은 상기 제2층에 포함된 콘크리트 입자들 사이에 채워져 있는 제2층;으로 이루어지고,
상기 규산염은 메타규산나트륨, 오르토규산나트륨, 이규산나트륨, 메타규산칼슘, 오르토규산칼슘, 규산삼석회, 메타규산칼슘, 이규산수소칼륨, 규산리튬 및 규산마그네슘으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상이고, 상기 제2층의 두께는 1mm 내지 10mm인 표면 보호된 콘크리트 구조물을 제공한다.
상기 콘크리트 구조물은, 상기 제2층 상부에 형성되어 있고, 콘크리트 입자, 컬러 골재 및 규산염 결정을 포함한 제3층으로서, 상기 제3층의 규산염 결정은 상기 제3층에 포함된 콘크리트 입자들 및 컬러 골재들 사이에 채워져 있는 제3층을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 콘크리트 표면 보호 공법에 따르면, 콘크리트 구조물 표면의 밀도 및 중량이 증가되고 콘크리트 구조물 표면에 존재하는 미세 기공들을 통한 이물질 흡착 및 침투가 방지될 수 있는 바, 콘크리트 구조물의 마모, 균열, 깨짐, 부식, 탈락, 침식 등이 방지될 수 있다. 따라서, 강도 및 내구성이 현저히 향상된 콘크리트 구조물을 얻을 수 있다. 또한, 콘크리트 구조물 표면에 광택이 제공되고, 콘크리트 구조물 표면에 다양한 컬러의 색감을 부여할 수 있는 바, 심미성이 크게 향상된 콘크리트 구조물을 얻을 수 있다.
본 발명을 따르는 콘크리트 구조물 표면 보호 공법에 따르면, 먼저, 콘크리트 조성물을 지면에 타설한다. 상기 콘크리트 조성물은 공지된 콘크리트 조성물 중에서 임의로 선택될 수 있다. 상기 콘크리트 조성물은 콘크리트 입자 외에도, 양이온 계면활성제, 음이온 계면활성제, 비이온계면활성제, 양쪽성 계면활성제, 시멘트 분산제 등을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 콘크리트 조성물의 성분 및 함량은 당업자에게 용이하게 선택될 수 있는 것이며, 콘크리트 표준 시방서 등을 참조하여도 용이하게 선택될 수 있는 것이다.
상술한 바와 같이 콘크리트 조성물을 타설한 다음, 이를 건조 및 양생시켜 콘크리트 구조물을 시공한다. 콘크리트 조성물의 건조 및 양생 방법은 공지된 방법 중에서 임의로 선택될 수 있다. 콘크리트의 양생 단계란 콘크리트의 경화가 계속적으로 진행되어 최종압축강도에 도달하더라도 이 때까지는 시멘트의 화학작용이 계속되므로, 일광직사, 한기, 풍우 등을 피하고, 콘크리트의 수화작용을 계속적으로 진행시키기 위하여 콘크리트 표면을 보호관리하는 단계를 가리킨다. 통상적으 로 콘크리트 건조 후, 하절기는 7일 이상, 일반적으로는 5일 이상 살수하면서 습윤한 상태를 유지하고, 한랭기에는 5일간은 약 2℃ 이하가 되지 않도록 보온할 수 있다. 양생에는 습윤양생, 증기양생, 전기양생, 피막양생 등과 같은 다양한 방법이 있다. 증기양생은 단시일 내에 소요강도를 나타내기 위하여 고온 또는 고온고압증기 등으로 양생하는 것을 가리키며, 전기양생은 콘크리트 속에 저압교류를 인가하여 콘크리트의 전기저항에 의하여 생기는 열을 이용하여 보온하는 등의 방법을 이용하는 것을 가리키는 것이나, 이에 한정되는 것은 아니다.
이와 같은 시공된 콘크리트 구조물 표면의 콘크리트 입자들 사이에는 무수히 많은 공극이 존재한다. 이는 일반적으로 콘크리트 입자가 무정형이고, 다양한 사이즈를 가지기 때문이다. 상기 콘크리트 입자들 사이의 공극을 통하여 각종 오염 물질이 흡착 및 침투할 경우, 콘크리트 구조물의 균열, 마모, 깨짐 등이 발생할 수 있다.
따라서, 이 후, 상술한 바와 같이 시공된 콘크리트 구조물 표면에, 규산염 수용액을 제공하여, 상기 콘크리트 구조물 표면의 콘크리트 입자들 사이에 상기 수용액이 침투되도록 한다.
상기 규산염 수용액 제공시 주위 온도 범위는 3℃ 내지 35℃, 바람직하게는 5℃ 내지 30℃일 수 있다. 상기 온도 범위 내에서는 콘크리트 입자들 사이의 공극의 지나친 팽창 및/또는 수축이 방지될 수 있어, 규산염 수용액의 침투가 효과적으로 이루어질 수 있다.
상기 규산염 수용액 중 규산염은, 메타규산나트륨(Na2SiO3), 오르토규산나트륨(Na4SiO4), 이규산나트륨(Na2SiO5), 메타규산칼슘(CaSiO3), 오르토규산칼슘(Ca2SiO4), 규산삼석회(3CaO?SiO2), 메타규산칼슘(K2SiO3), 이규산수소칼륨(KHSi2O6), 규산리튬 및 규산마그네슘으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상일 수 있다. 특정 이론에 한정되려는 것은 아니나, 상기 규산염의 결정은 콘크리트 입자와의 결합성이 우수하여, 상기 콘크리트 입자들 사이에 채워진 규산염 수용액을 건조시킨 후 남은 규산염 결정은 콘크리트 입자들 사이의 공극을 조밀하고 견고히 채울 수 있다. 또한, 상기 규산염 수용액은 무독성 물질, 불연성 물질로서 시공 중 또는 시공 후 환경오염 문제를 발생시키지 않는 친환경적인 물질이며, 취급이 용이하다는 이점이 있다.
상기 규산염 수용액 중 상기 규산염의 농도는 30wt% 내지 60wt%, 바람직하게는 35wt% 내지 55wt%, 보다 바람직하게는 35wt% 내지 45wt%일 수 있다. 상기 규산염의 농도가 상술한 바와 같은 범위를 만족할 경우, 규산염 수용액 건조시 지나치게 많은 시간이 소요되지 않을 수 있으며, 콘크리트 입자들 사이에 효과적으로 침투될 수 있는 규산염 수용액의 흐름성이 확보될 수 있다.
상기 규산염 수용액을 콘크리트 구조물 표면에 제공하기 전에, 콘크리트 구조물은 완전히 건조되어 있어야 한다. 규산염 수용액을 제공 및 건조할 주위 환경의 상대 습도 및 온도에 따라 상이하겠지만, 일반적으로 2시간 내지 4시간 동안 상기 콘크리트 구조물 표면을 완전히 건조시키는 단계를 더 포함할 수 있다. 또한, 규산염 수용액이 콘크리트 입자들 사이의 공극으로 침투하는 것을 방해할 유분, 때, 그리스, 구도막, 이물질 등도 콘크리트 구조물 표면으로부터 완전히 제거되는 것이 바람직하다.
상기 규산염을 수용액의 이론도포율은, 솔(brush) 도장의 경우, 약 4.5-6 m2/l일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 이론도포율이 상기 범위를 만족할 경우, 콘크리트 입자들 사이에 침투한 규산염 수용액의 효과적인 건조가 가능하고, 도장면의 평탄성을 확보할 수 있다.
상기 규산염을 포함한 수용액의 도포 방법은 공지의 도장 방법 중에서 선택될 수 있다. 예를 들면, 흘려붓기, 펌프질, 스프레이법 등을 이용한 다양한 도장 방법을 이용할 수 있다.
한편, 상기 규산염을 포함한 수용액이 콘크리트 구조물 표면의 콘크리트 입자들 사이에 보다 잘 침수되도록, 콘크리트 구조물 표면의 pH를 보다 높게 조절할 수도 있는 등, 다양한 변현예가 가능하다.
상기 규산염은, 콘크리트 구조물 표면으로부터 약 1mm 내지 10mm, 예를 들면, 3mm 내지 5mm의 두께로 침투될 수 있으나, 이는 콘크리트 입자의 입경, 평균 공극 크기, 규산염 수용액의 농도 등에 따라 상이할 수 있다.
그 다음으로서, 상기 콘크리트 입자들 사이에 침투한 상기 규산염 수용액을 건조시킨다.
상기 규산염 수용액의 건조 조건으로는 20℃ 내지 30℃의 온도 범위 및 30% 내지 80%의 온도 범위, 30 분 내지 24시간의 건조 시간 내에서 적절히 선택할 수 있다. 상기 규산염 수용액의 건조 조건이 상술한 바와 같은 범위를 만족할 경우, 콘크리트 입자와의 분리없이 규산염 결정이 효과적으로 형성될 수 있어, 콘크리트 구조물 표면의 콘크리트 입자들 사이의 공극이 규산염 결정으로 빠짐없이 채워질 수 있다.
그 결과, 상기 콘크리트 구조물 표면의 콘크리트 입자들 사이에 규산염의 결정이 채워져, 상기 콘크리트 구조물 표면 및 표면으로부터 일정 깊이(예를 들면, 콘크리트 구조물 표면으로부터 약 1mm 내지 10mm)의 공극은 실질적으로 존재하지 않게 된다.
상술한 바와 같은 규산염 수용액 건조 후 최소 12시간 이상은 그 시공면이 얼지 않도록 조절할 필요가 있다.
한편, 상기 규산염 수용액의 제공 및 건조 단계는 1회 이상 반복될 수 있다. 이 때, 규산염 수용액의 제공 및 건조 단계로 이루어진 한 사이클 간의 간격은 약 4시간 내지 6시간일 수 있다.
이로써, 콘크리트 구조물 표면의 콘크리트 입자들 사이의 공극을 통한 수분 및/또는 각종 오염물의 흡착 및 침투가 방지될 수 있어, 콘크리트 구조물의 강도 및 내구성이 향상될 수 있다.
상술한 바와 같은 공법으로 제조된 콘크리트 구조물(10)의 일 실시예의 대략적인 단면은 도 1을 참조한다.
도 1에 도시된 콘크리트 구조물은 지면(11) 상부에 콘크리트 입자(23)로 이 루어진 제1층(13) 및 상기 제1층(13) 상부에 형성되어 있으며, 콘크리트 입자(23) 및 상기 콘크리트 입자(23)들 사이에 채워진 규산염 결정(25)을 포함한 제2층(15)을 포함한다.
상기 제1층(13)에는 일반적으로 무정형이며 다양한 사이즈를 갖는 콘크리트 입자(23)들이 배열되어 있는 것이기 때문에, 콘크리트 입자(23)들 사이에 다수의 미세한 공극(22)이 존재한다.
상기 공극(22)이 콘크리트 구조물 표면에 노출되어 있다면, 즉, 제2층(15) 표면에 상기 공극(22)이 존재한다면, 상기 공극(22)을 통하여 콘크리트 구조물(10) 내부로 수분 및/또는 각종 오염물의 침투가 가능하다. 그러나, 전술한 바와 같은 공법에 따라 콘크리트 구조물 표면을 처리하면, 도 1에 도시된 바와 같은 제2층(15)이 형성된다. 상기 제2층(15)의 콘크리트 입자(23)들 사이에는 규산염 결정(25)이 채워져 있어, 실질적으로 제2층(15)의 콘크리트 입자(23)들 사이에는 공극이 존재하지 않는다. 상기 규산염 결정에 대한 상세한 설명은 상술한 바를 참조한다. 따라서, 도 1에 도시된 콘크리트 구조물 표면의 공극을 통한 수분 및/또는 각종 오염물의 콘크리트 구조물 내부로의 침투는 실질적으로 불가능하다. 따라서, 도 1에 도시된 바와 같은 콘크리트 구조물(10)은 우수한 강도, 밀도 및 내구성을 가질 수 있다.
상기 제2층(15)의 두께는 약 1mm 내지 10mm, 예를 들면, 3mm 내지 5mm일 수 있으나, 이는 사용된 콘크리트 입자의 입경, 평균 공극 크기, 규산염 수용액의 농도 등에 따라 상이할 수 있는 것으로서 이에 한정되는 것은 아니다.
한편, 본 발명의 다른 일 실시예를 따르는 콘크리트 구조물 표면 보호 공법은, 상술한 바와 같은 콘크리트 구조물 표면 보호 공법 중 콘크리트 조성물을 지면에 타설하는 단계와 타설된 콘크리트 조성물을 건조시켜 콘크리트 구조물을 시공하는 단계 사이에, 타설된 콘크리트 조성물 표면에 컬러 골재를 살포하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.
즉, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 콘크리트 구조물 표면 보호 공법은, 콘크리트 조성물을 지면에 타설하는 단계, 타설된 콘크리트 조성물 표면에 컬러 골재를 살포하는 단계, 컬러 골재가 살포된 콘크리트 조성물을 건조시켜 표면이 착색된 콘크리트 구조물을 시공하는 단계, 3℃ 내지 35℃의 온도 범위에서, 상기 표면이 착색된 콘크리트 구조물의 표면에 메타규산나트륨, 오르토규산나트륨, 이규산나트륨, 메타규산칼슘, 오르토규산칼슘, 규산삼석회, 메타규산칼슘, 이규산수소칼륨, 규산리튬 및 규산마그네슘으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 규산염을 포함하고 상기 규산염의 농도가 30wt% 내지 60wt%인 규산염 수용액을 제공하여, 상기 착색된 콘크리트 구조물 표면의 콘크리트 입자들 사이에 상기 규산염 수용액이 침투되도록 하는 단계 및 상기 콘크리트 입자들 사이에 침투한 상기 규산염 수용액을 20℃ 내지 30℃의 온도, 30% 내지 80%의 상대습도 및 30 분 내지 24시간의 건조 시간의 조건 하에서 건조시켜, 상기 착색된 콘크리트 구조물 표면의 콘크리트 입자들 사이에 메타규산나트륨, 오르토규산나트륨, 이규산나트륨, 메타규산칼슘, 오르토규산칼슘, 규산삼석회, 메타규산칼슘, 이규산수소칼륨, 규산리튬 및 규산마그네슘으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 규산염의 결정을 채우는 단계를 포함할 수 있다.
이와 같이, 콘크리트 조성물을 지면에 타설한 다음, 그 표면에 컬러 골재를 추가로 살포함으로써, 콘크리트의 강도를 가지면서도 다양한 색감을 갖는 바닥면을 시공할 수 있다.
본 실시예에 있어서, 컬러 골재를 살포하는 단계를 제외한 나머지 부분은 상술한 바를 참조할 수 있으므로, 이하, 컬러 골재 및 이를 살포하는 단계에 대하여 설명하기로 한다.
상기 컬러 골재는 타설된 콘크리트 조성물이 완전히 건조되기 전에 살포되어야만, 타설된 콘크리트 조성물의 표면 중 콘크리트 입자의 표면에 효과적으로 흡착되어, 표면이 착색된 콘크리트 구조물을 제공할 수 있다.
상기 컬러 골재는, a) 산화철-함유 황갈색 황토 분말 100중량부, 백색 또는 유백색의 가소성 카올린 분말 20 내지 30중량부, 및 규소 또는 알루미늄 성분이 함유된 장석 분말 30 내지 40중량부를 혼합하는 단계; b) 상기 a) 단계로부터 수득한 혼합물에 함수율이 15-25중량%가 되도록 수분을 첨가한 후 교반하는 단계; c) 상기 b) 단계로부터 수득한 혼합물을 직경 5cm 내지 10cm의 펠릿으로 1차 성형한 다음, 이를 1300℃ 내지 1500℃ 범위의 온도에서 2시간 내지 3시간 동안 가열 소성하여, 적색, 적갈색 또는 검정색의 소성물을 형성하는 단계; 및 d) 상기 c) 단계로부터 수득한 소성물 100중량부 및 암염 분말 0.1중량부 내지 10중량부를 혼합한 후, 상기 소성물 및 상기 암염 분말의 평균 입경이 3mm 내지 15mm의 범위 내에 들도록 분쇄하는 단계;를 포함하는 방법을 순차적으로 수행함으로써 제조된 것일 수 있다.
먼저 a) 단계에서와 같이, 산화철-함유 황갈색 황토 분말, 백색 또는 유백색의 가소성 카올린 분말 및 규소 또는 알루미늄 성분이 함유된 장석 분말을 혼합한다.
주재료인 산화철-함유 황갈색 황토 분말 중 산화철은 소성시 소성물에 적색, 적갈색 또는 흑갈색의 색상을 제공하는 역할을 한다. 따라서, 상기 컬러 골재는 황갈색의 황토 분말을 주재료로 사용하더라도, 상기 컬러 골재 자체가 적색, 적갈색, 흑갈색 등의 유색을 띨 수 있다. 이러한 유색 특성은 산화철의 철 이온의 격자 구조 중 치환 등에 의한 것이기 때문에, 골재 형성 후 착색제 등을 코팅한 경우와는 달리, 색상 변화가 일어나지 않는다. 상기 산화철-함유 황갈색 황토 분말은 통상적으로 점결력이 작기 때문에 소정의 형태로 펠릿화한 후 고열 소성하면 파쇄될 수 있어, 이를 이용하여 일정 규격의 입자를 수득하는 것이 대단히 곤란하였다. 그러나, 상술한 바와 같은 카올린을 첨가하면, 카올린이 산화철-함유 황갈색 황토 분말의 약한 점결력을 보완해 주는 역할을 하므로, 산화철-함유 황갈색 황토 분말을 주성분으로 하더라도 소정 입경의 소성 물을 얻을 수 있다. 상기 카올린의 함량은 산화철-함유 황갈색 황토 분말 100중량부 당 20 내지 30중량부일 수 있다. 상기 카올린의 함량이 20중량부 이하일 경우, 만족스러운 정도의 점결력을 제공하지 못하여 소성물이 미분되고 소정의 입경을 갖는 골재를 얻을 수 없게 될 수 있으며, 상기 카올린의 함량이 30중량부 이상일 경우, a) 단계로부터 얻은 혼합물의 입자 간 점결력이 지나치게 상승하여 후속 교반 공정 및 1차 성형 공정을 효과적으로 수행되지 않을 수 있다.
상기 규소 또는 알루미늄 성분이 함유된 장석 분말은 소성물의 강도를 향상시키는 역할을 한다. 상기 장석 분말의 함량은 산화철-함유 황갈색 황토 분말 100중량부 당 30 내지 40중량부일 수 있다. 상기 장석 분말의 함량이 30중량부 이하일 경우, 소성물의 강도가 만족스러운 정도에 이르지 못하여, 소성물 분쇄시 또는 표층 시공시 미분이 발생할 수 있으며, 상기 장석 분말의 함량이 40중량부 이상일 경우, 소성물의 강도가 지나치게 높아져 소정 규격을 갖는 입자를 포함한 표층 형성용 조성물로 가공하는 것이 용이하지 않을 수 있다.
이 때, 상기 a) 단계에서는 상술한 바와 같은 산화철-함유 황갈색 황토 분말, 상기 백색 또는 유백색의 가소성 카올린 분말 및 상기 규소 또는 알루미늄 성분이 함유된 장석 분말 외에, 산화망간(MnO2) 및 산화철(Fe2O3) 중 하나 이상을 추가로 혼합할 수 있다. 상기 산화망간은 흑동색을 띠고, 상기 산화철은 적갈색인데, 이들은 고온 소성시 적색, 적갈색, 또는 검정색 등으로 변화하는 바, 이들 중 하나 이상을 추가함으로써 소성물의 색상을 추가로 조절할 수 있다. 상기 산화망간 및 산화철 중 하나 이상을 추가할 경우, 이들의 함량은, 상기 산화철-함유 황갈색 황토 분말 100중량부 당 5 내지 15중량부 범위에 들 수 있으며, 표층 형성용 조성물의 색상을 고려하여 상기 범위에서 적절히 선택될 수 있다.
이 후, a) 단계로부터 수득한 혼합물에 물을 첨가한 후 교반하는 b) 단계를 수행한다. 이 때, 상기 물의 함량은 a) 단계로부터 수득한 혼합물과 물의 총중량을 기준으로 함수율이 15-25중량%가 되도록 하는 것이 바람직하다. a) 단계로부터 수득한 혼합물에 물을 첨가함으로써, a) 단계로부터 수득한 혼합물의 입자 간 결착력을 향상시키고, 균질한 교반을 도모할 수 있다. 상기 함수율이 15중량% 미만일 경우, 교반 시 a) 단계로부터 얻은 혼합물의 입자들이 불균질하게 분산되어, 표층 형성용 조성물에 포함된 입자들의 성분이 불균일할 수 있고, 상기 함수율이 25중량%를 초과할 경우 b) 단계 종료 후 수득한 혼합물의 유동성이 지나치게 높아져 1차 성형이 곤란할 수 있다.
이 후, 상기 b) 단계로부터 수득한 혼합물을 직경 5cm 내지 10cm의 펠릿으로 1차 성형하고, 이를 가열 소성하는 c) 단계를 수행한다. 이 때, 펠릿의 형태는 특정 형태로 한정됨이 없이 구형, 각형 등에서 자유로이 선택할 수 있으며, 펠릿의 평균 입경 또는 장방항 길이는 5cm 내지 10cm인 것이 적절하다. 상기 범위를 만족할 경우, 소성 후 분쇄를 용이하게 수행할 수 있다.
펠릿은 고온 로에서 1300℃ 내지 1500℃의 온도 범위 및 2 시간 내지 3시간의 가열 시간 조건 하에서 고온 소성될 수 있다. 소성 온도가 1300℃ 미만이거나, 소성 시간이 2시간 미만인 경우 산화철, 산화망간 등이 적색, 적갈색 또는 검정색으로 변하기 곤란하여 표층 형성용 조성물에 유색 특성이 효과적으로 발현되지 않을 수 있고, 소성 온도가 1500℃를 초과하거나 소성 시간이 3시간을 초과할 경우 소성물이 고온에 의하여 파쇄될 수 있다.
한편, 실제 소성 온도 및 시간은, 상술한 바와 같은 소성 온도 범위 및 소성 시간 범위 내에서, 최종 산물인 컬러 골재의 색상을 고려하여 적절히 선택될 수 있다. 이 때, 소성 온도 및 소성 시간이 증가함에 따라, 최종 산물인 컬러 골재의 색상이 적색, 적갈색, 흑갈색, 검정색으로 변할 수 있음을 고려하여, 소성 온도 및 시간을 선택하는 것이 바람직하다.
마지막으로, 상기 c) 단계로부터 얻은 소성물을 암염 분말과 혼합한 후 분쇄하는 d) 단계를 수행한다. c) 단계로부터 얻은 소성물을 실온까지 냉각시킨 후, 암염 분말과 혼합한다. 상기 암염 분말은 암염 구조를 갖는 분말로서, 이의 분자식은 NaCl, KCl, LiF, MgO, CaO, SrO, NiO, CoO, MnO 또는 PbO 등일 수 있다. 상기 암염 분말은 면심 입방정계(fcc) 구조를 갖는다. 특정 이론에 한정되려는 것은 아니나, 이와 같은 암염 분말을 상기 소성물과 함께 혼합한 후 분쇄하면, 암염 분말로 인하여, 분쇄된 소성물 입자 표면 특성이 부분적으로 소수성화될 수 있어 투습성 향상에 기여할 수 있고, 분쇄된 소성물 입자들 간의 결착성이 증가될 수 있어, 내충격성 향상에 기여할 수 있는 것으로 분석된다.
상기 암염 분말의 함량은 상기 소성물 100중량부 당 0.1중량부 내지 10중량부인 것이 바람직하다. 특정 이론에 의하여 한정되려는 것은 아니나, 상기 암염 분말의 함량이 0.1중량부 미만인 경우, 만족스러운 정도의 투습성 및 내충격성 향상 효과를 얻을 수 없고, 상기 암염 분말의 함량이 10중량부 이상일 경우, 최종 산물인 컬러 골재의 점성이 지나치게 증가할 수 있어, 표층 시공을 위하여 지면에 도포할 때 평탄한 막을 형성하기 곤란할 수 있다.
상기 d) 단계 수행 후, 상기 소성물 및 암염 분말을 포함한 혼합물의 분쇄물인 컬러 골재를 최종적으로 수득할 수 있다. 상기 컬러 골재에 포함된 입자들(즉, 상기 소성물 및 암염 분말)의 평균 입경은 시공 용이성을 고려하여, 3mm 내지 15mm 범위에서 선택되는 것이 적절하다.
상술한 바와 같은 방법에 따라 제공된 컬러 골재는 암염 분말을 포함하는 바, 각종 주위 환경에 노출되어도 골재의 색감을 장시간 유지할 수 있고, 우수한 내충격성을 갖는다. 따라서, 상술한 바와 같은 컬러 골재를 타설된 콘크리트 조성물 건조 전에 살포하여, 콘크리트 입자 표면에 흡착시킨 다음, 이를 건조시켜 얻은 콘크리트 구조물의 표면을 컬러 골재의 색감에 따라 착색될 수 있다. 이로부터 얻은 착색된 콘크리트 구조물 표면을 상술한 바와 같은 규산염 수용액을 이용하여 처리하면, 상기 착색된 콘크리트 구조물 표면의 콘크리트 입자들 사이의 공극, 컬러 골재들 사이의 공극, 콘크리트 입자 및 컬러 골재들 사이의 공극 등이 규산염 결정에 의하여 채워져, 표면이 착색된 콘크리트 구조물이 우수한 강도 및 내구성을 가질 수 있게 된다.
상술한 바와 같은 콘크리트 구조물 표면 보호 공법에 따르면, 도 2에 개략적으로 도시된 바와 같은 콘크리트 구조물(30)을 얻을 수 있다.
도 2에 도시된 콘크리트 구조물(30)은, 지면(31) 상부에 콘크리트 입자(43)들로 이루어진 제1층(33), 상기 제1층(33) 상부에 형성되며 콘크리트 입자(43)들과 상기 콘크리트 입자(43)들 사이에 채워진 규산염 결정(45)을 포함하는 제2층(35) 및 상기 제2층 상부에 형성되며 콘크리트 입자(43)들, 상기 콘크리트 입자(43) 표면에 흡착된 컬러 골재(47) 및 상기 콘크리트 입자(43), 상기 컬러 골재(47) 사이 및/또는 상기 콘크리트 입자와 상기 컬러 골재(47) 사이에 채워진 규산염 결정(45)를 포함하는 제3층(37)을 포함한다.
상기 제2층(35)와 상기 제3층(37)의 두께의 합은 약 1mm 내지 10mm, 예를 들면, 3mm 내지 5mm일 수 있으나, 이는 사용된 콘크리트 입자의 입경, 평균 공극 크기, 규산염 수용액의 농도 등에 따라 상이할 수 있는 것으로서 이에 한정되는 것은 아니다.
한편, 상기 제3층(37)의 두께는 0.5mm 내지 5mm, 바람직하게는 2mm 내지 3mm일 수 있으나, 이는 사용된 컬러 골재의 종류, 용된 콘크리트 입자의 입경, 평균 공극 크기, 규산염 수용액의 농도 등에 따라 상이할 수 있는 것으로서 이에 한정되는 것은 아니다.
이로써, 도 2에 도시된 콘크리트 구조물은 제3층(37)에 존재하는 컬러 골재(47)에 의하여 다양한 색감을 가질 수 있는 표면이 착색된 콘크리트 구조물이면서, 동시에 제3층(37) 및 제2층(35)에 존재하는 규산염 결정에 의하여 향상된 강도 및 내구성을 가질 수 있다. 따라서, 색감 및 광택과 관련하여 콘크리트 구조물 사용자에 의하여 요구되는 각종 요구 사항을 만족시킬 수 있으면서도, 표면으로부터의 각종 오염물에 의한 흡착 및 침투가 불가능하여, 유지보수 비용을 크게 절감할 수 있는 콘크리트 구조물이 제공될 수 있다.
이하, 실시예를 들어, 본 발명을 보다 상세히 설명하되, 본 발명이 하기 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니다.
제조예 1: 컬러 골재의 제조
산화철-함유 황갈색 황토 분말 100중량부, 백색 카올린 분말 25중량부, 및 규소-함유 장석 분말 35중량부 및 산화망간 10중량부를 혼합한 다음, 총 중량의 20중량부에 해당하는 물을 첨가하고, 진공 토련기로 교반한 다음, 평균 입경이 7cm인 구형 펠릿으로 1차 성형하였다. 상기 펠릿을 고온 가열 소성 노에 장입시키고 1400℃의 온도에서 2시간 30분 동안 소성시켰다. 이로부터 얻은 소성물을 실온까지 냉각시킨 후 상기 소성물 100중량부당 NaCl 분말의 함량이 1중량부가 되도록 상기 소성물에 NaCl을 혼합한 다음, 평균 입경이 약 7mm가 되도록 분쇄하여 컬러 골재를 얻었다.
평가예 1- 압축강도 평가
고강도 콘크리트 모르타르를 준비하여, 직경 100mm, 높이 200mm인 주철 공시체 몰드를 사용하여 실험 시편을 제작하였다. 고강도 콘크리트 모르타르를 상기 몰드에 타설한 한 후, 모르타르의 물기가 완전히 제거되기 전에 상기 제조예 1로부터 얻은 컬러 골재 1kg을 상기 타설된 모르타르 표면에 살포하였다. 이 후, 28일동안 ASTM C-31-85의 규정에 따라 수중양생한 후, 28일 이후에는 공기 중에서 양생을 실시하여 콘크리트 구조물을 제작하였다. 이를 실험 시편 A라 한다.
한편, 상술한 방법과 동일한 방법으로 콘크리트 구조물을 제작한 다음, 이의 표면에 규산리튬염 수용액(규산리튬염 수용액 중 규산리튬염의 농도는 35wt%임)을 와이어 브러쉬(wire brush)을 이용하여 4.5m2/l으로 도장하였다. 이 때, 도장 표면에 물이 고이지 않도록 골고루 도장하고, 도장 후 25℃ 및 60%의 상대 습도에서 12 시간 동안 건조시켜, 규산리튬염 결정이 상기 콘크리트 구조물 표면의 콘크리트 입자들 사이에 채워진 콘크리트 구조물을 제작하였다. 이를 실험 시편 1이라 한다.
상기 실험 시편 A와 실험 시편 1에 대하여, ASTM-C39에 따른 압축강도 평가를 실시한 결과, 실험 시편 A의 압축강도는 2.2kgs/cm2이고, 실험 시편 1의 압축강도는 8.0kgs/cm2임을 확인하였다.
평가예 2 - 내마모성 평가
고강도 콘크리트 모르타르를 준비하여, 원형지름이 10cm이고, 높이는 8mm인 주철 공시체 몰드를 사용하여 실험 시편을 제작하였다. 고강도 콘크리트 모르타르를 상기 몰드에 타설한 한 후, 모르타르의 물기가 완전히 제거되기 전에 중앙에 직경이 17mm인 구멍을 형성한 후, 상기 제조예 1로부터 얻은 컬러 골재 1kg을 상기 타설된 모르타르 표면에 살포하였다. 이 후, 28일동안 ASTM C-31-85의 규정에 따라 수중양생한 후, 28일 이후에는 공기 중에서 양생을 실시하여 콘크리트 구조물을 제작하였다. 이를 실험 시편 B라 한다.
한편, 상술한 방법과 동일한 방법으로 콘크리트 구조물을 제작한 다음, 이의 표면에 규산리튬염 수용액(규산리튬염 수용액 중 규산리튬염의 농도는 35wt%임)을 와이어 브러쉬(wire brush)을 이용하여 4.5m2/l으로 도장하였다. 이 때, 도장 표면에 물이 고이지 않도록 골고루 도장하고, 도장 후 25℃ 및 60%의 상대 습도에서 12시간 동안 건조시켜, 규산리튬염 결정이 상기 콘크리트 구조물 표면의 콘크리트 입 자들 사이에 채워진 콘크리트 구조물을 제작하였다. 이를 실험 시편 2라 한다.
상기 실험 시편 B와 실험 시편 2에 대하여, ASTM-C779에 따른 내마모성 평가를 실시한 결과, 실험 시편 B 중 내마모성 평가 완료 후 남아 있는 시편의 두께는 2.8mm인 반면, 실험 시편 2 중 내마모성 평가 완료 후 남아 있는 시편의 두께는 6.2mm임을 확인하였다.
평가예 3 - 방투수성 평가
상기 평가예 1에 기재된 바와 동일한 방법으로 실험 시편 1을 준비한 다음, 이에 대하여 ASTM-C642에 따라 방투수성을 평가하였다. 실험 시편 1 제작 완료로부터 48시간 후의 침투성은 0.33%였으며, 실험 시편 1 제작 완료로부터 50일 후의 침투성은 1.04%임을 확인하였다.
평가예 4 - 내마찰성 평가
고강도 콘크리트 모르타르를 준비하여, 가로 30cm, 세로 30cm, 두께 5cm인 주철 공시체 몰드를 사용하여 실험 시편을 제작하였다. 고강도 콘크리트 모르타르를 상기 몰드에 타설한 한 후, 모르타르의 물기가 완전히 제거되기 전에 상기 제조예 1로부터 얻은 컬러 골재 1kg을 상기 타설된 모르타르 표면에 살포하였다. 이 후, 28일동안 ASTM C-31-85의 규정에 따라 수중양생한 후, 28일 이후에는 공기 중에서 양생을 실시하여 콘크리트 구조물을 제작하였다. 이를 실험 시편 C라 한다.
한편, 상술한 방법과 동일한 방법으로 콘크리트 구조물을 제작한 다음, 이의 표면에 규산리튬염 수용액(규산리튬염 수용액 중 규산리튬염의 농도는 35wt%임)을 와이어 브러쉬(wire brush)을 이용하여 4.5m2/l으로 도장하였다. 이 때, 도장 표면에 물이 고이지 않도록 골고루 도장하고, 도장 후 25℃ 및 60%의 상대 습도에서 12시간 동안 건조시켜, 규산리튬염 결정이 상기 콘크리트 구조물 표면의 콘크리트 입자들 사이에 채워진 콘크리트 구조물을 제작하였다. 이를 실험 시편 3이라 한다.
상기 실험 시편 C와 실험 시편 3에 대하여, ASTM-C1028에 따른 내마찰성 평가를 실시한 결과, 실험 시편 C의 내마찰성은 73(건조)/48(습윤)이고, 실험 시편 3의 내마찰성은 75(건조)/56(습윤)임을 확인하였다. 이로써, 실험 시편 3은 특히 습윤 상태에서도 실험 시편 C에 비하여 우수한 내마찰성을 가짐을 확인하였다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 콘크리트 구조물의 단면을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 콘크리트 구조물의 단면을 개략적으로 도시한 도면이다.

Claims (4)

  1. 콘크리트 조성물을 지면에 타설하는 단계;
    상기 타설된 콘크리트 조성물 표면에 컬러 골재를 살포하는 단계;
    상기 타설된 콘크리트 조성물을 건조 및 양생시켜 콘크리트 구조물을 시공하는 단계;
    3℃ 내지 35℃의 온도 범위에서, 상기 시공된 콘크리트 구조물의 표면에 규산리튬의 농도가 30wt% 내지 60wt%인 규산리튬 수용액을 제공하여, 상기 콘크리트 구조물 표면의 콘크리트 입자들 사이에 상기 규산리튬 수용액이 침투되도록 하는 단계; 및
    상기 콘크리트 입자들 사이에 침투한 상기 규산리튬 수용액을 20℃ 내지 30℃의 온도, 30% 내지 80%의 상대습도 및 30 분 내지 24시간의 건조 시간 조건 하에서 건조시켜, 상기 콘크리트 구조물 표면의 콘크리트 입자들 사이에 규산리튬의 결정을 채우는 단계;
    를 포함하고,
    상기 컬러 골재를,
    a) 산화철-함유 황갈색 황토 분말 100중량부 당 백색 또는 유백색의 가소성 카올린 분말 20 내지 30중량부, 및 규소 또는 알루미늄 성분이 함유된 장석 분말 30 내지 40중량부를 혼합하는 단계; b) 상기 a) 단계로부터 수득한 혼합물에 함수율이 15-25중량%가 되도록 수분을 첨가한 후 교반하는 단계; c) 상기 b) 단계로부터 수득한 혼합물을 직경 5cm 내지 10cm의 펠릿으로 1차 성형한 다음, 이를 1300℃ 내지 1500℃ 범위의 온도에서 2시간 내지 3시간 동안 가열 소성하여, 적색, 적갈색 또는 검정색의 소성물을 형성하는 단계; 및 d) 상기 c) 단계로부터 수득한 소성물 100중량부 당 암염 분말 0.1중량부 내지 10중량부를 혼합한 후, 상기 소성물 및 상기 암염 분말의 평균 입경이 3mm 내지 15mm의 범위 내에 들도록 분쇄하는 단계;를 순차적으로 수행함으로써 제조한, 콘크리트 구조물 표면 보호 공법.
  2. 삭제
  3. 콘크리트 입자로 이루어진 제1층;
    상기 제1층 상부에 형성되어 있고, 콘크리트 입자 및 규산리튬 결정을 포함하는 제2층으로서, 상기 규산리튬 결정은 상기 제2층에 포함된 콘크리트 입자들 사이에 채워져 있는 제2층; 및
    상기 제2층 상부에 형성되어 있고, 콘크리트 입자, 컬러 골재 및 규산리튬 결정을 포함한 제3층으로서, 상기 제3층의 규산리튬 결정은 상기 제3층에 포함된 콘크리트 입자들 및 컬러 골재들 사이에 채워져 있는 제3층;
    으로 이루어지고,
    상기 제2층의 두께는 1mm 내지 10mm이며,
    상기 컬러 골재는,
    a) 산화철-함유 황갈색 황토 분말 100중량부 당 백색 또는 유백색의 가소성 카올린 분말 20 내지 30중량부, 및 규소 또는 알루미늄 성분이 함유된 장석 분말 30 내지 40중량부를 혼합하는 단계; b) 상기 a) 단계로부터 수득한 혼합물에 함수율이 15-25중량%가 되도록 수분을 첨가한 후 교반하는 단계; c) 상기 b) 단계로부터 수득한 혼합물을 직경 5cm 내지 10cm의 펠릿으로 1차 성형한 다음, 이를 1300℃ 내지 1500℃ 범위의 온도에서 2시간 내지 3시간 동안 가열 소성하여, 적색, 적갈색 또는 검정색의 소성물을 형성하는 단계; 및 d) 상기 c) 단계로부터 수득한 소성물 100중량부 당 암염 분말 0.1중량부 내지 10중량부를 혼합한 후, 상기 소성물 및 상기 암염 분말의 평균 입경이 3mm 내지 15mm의 범위 내에 들도록 분쇄하는 단계;를 순차적으로 수행함으로써 제조된, 표면 보호된 콘크리트 구조물.
  4. 삭제
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KR100622062B1 (ko) 2004-10-04 2006-09-19 (주)방아건설 액체방수재
KR100788021B1 (ko) 2006-10-02 2007-12-21 윤형원 콘크리트 침투형 방수제 및 이를 이용한 콘크리트 구조물의방수공법

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